Per què la velocitat de reacció de Si i NaOH és més ràpida que SiO2?

Per què la velocitat de reacció desilicii l'hidròxid de sodi pot superar el del diòxid de silici es pot analitzar des dels aspectes següents:

Diferència d'energia d'enllaç químic

▪ Reacció del silici i l'hidròxid de sodi: quan el silici reacciona amb l'hidròxid de sodi, l'energia d'enllaç Si-Si entre els àtoms de silici és només de 176 kJ/mol. L'enllaç Si-Si es trenca durant la reacció, que és relativament més fàcil de trencar. Des del punt de vista cinètic, la reacció és més fàcil de procedir.

▪ Reacció del diòxid de silici i hidròxid de sodi: l'energia d'enllaç Si-O entre els àtoms de silici i els àtoms d'oxigen en el diòxid de silici és de 460 kJ/mol, que és relativament elevada. Es necessita més energia per trencar l'enllaç Si-O durant la reacció, de manera que la reacció és relativament difícil de produir-se i la velocitat de reacció és lenta.

Diferents mecanismes de reacció

▪ El silici reacciona amb l'hidròxid de sodi: el silici reacciona primer amb l'hidròxid de sodi reaccionant amb l'aigua per generar hidrogen i àcid silícic, després l'àcid silícic reacciona amb l'hidròxid de sodi per generar silicat de sodi i aigua. Durant aquesta reacció, la reacció entre silici i aigua allibera calor, que pot promoure el moviment molecular, creant així un millor entorn cinètic per a la reacció i accelerant la velocitat de reacció.

▪ El diòxid de silici reacciona amb l'hidròxid de sodi: el diòxid de silici reacciona primer amb l'hidròxid de sodi reaccionant amb l'aigua per generar àcid silícic, després l'àcid silícic reacciona amb l'hidròxid de sodi per generar silicat de sodi. La reacció entre el diòxid de silici i l'aigua és extremadament lenta i el procés de reacció bàsicament no allibera calor. Des del punt de vista cinètic, no és propici per a una reacció ràpida.

Diferents estructures materials

▪ Estructura de silici:Silicité una certa estructura cristal·lina i hi ha certs buits i interaccions relativament febles entre els àtoms, cosa que facilita el contacte i la reacció de la solució d'hidròxid de sodi amb els àtoms de silici.

▪ Estructura desilicidiòxid:siliciel diòxid té una estructura de xarxa espacial estable.Siliciels àtoms i els àtoms d'oxigen estan estretament units per enllaços covalents per formar una estructura cristal·lina dura i estable. És difícil que la solució d'hidròxid de sodi penetri al seu interior i estigui totalment en contacte amb els àtoms de silici, cosa que dificulta la reacció ràpida. Només els àtoms de silici a la superfície de les partícules de diòxid de silici poden reaccionar amb l'hidròxid de sodi, limitant la velocitat de reacció.

Efecte de les condicions

▪ Reacció del silici amb hidròxid de sodi: en condicions d'escalfament, la velocitat de reacció del silici amb la solució d'hidròxid de sodi s'accelerarà significativament i, en general, la reacció pot transcórrer sense problemes a altes temperatures.

▪ Reacció del diòxid de silici amb hidròxid de sodi: La reacció del diòxid de silici amb la solució d'hidròxid de sodi és molt lenta a temperatura ambient. En general, la velocitat de reacció es millorarà en condicions dures com ara alta temperatura i solució concentrada d'hidròxid de sodi.